基于WebGIS的灌区地理信息系统建设

化雪梅

（甘肃省景泰川电力提灌管理局，甘肃 景泰 730400）

0 前言

“数字水利”作为数字中国的有效组成部分[1]，充分利用现代信息技术，开发和利用水利信息资源，包括水利信息的采集、传输、存储和处理，全面提升水利事业活动的效能和效率。

建设“数字水利”，最重要的内涵是运用。要充分实现水利信息资源共享，及时、准确地发布信息，为社会服务；要使政府的决策建立在及时、准确、可靠的信息基础之上，实现水资源的科学管理。

随着网络技术的不断发展，网络地理信息系统（WebGIS）将是地理信息系统 GIS 应用走向社会化、公众化的有效途径，也将成为简化办公自动化系统的有效手段。用户可以利用 WebGIS 技术以 WWW 方式获得地图数据及相关的属性数据。而将 WebGIS 应用在水利系统的最大特点是：能够把灌区灌溉业务和水利防汛抗旱业务中的各种信息与反映空间位置的图形信息有机地结合在一起，根据用户的需要对这些数据进行处理和分析，并提供决策支持。

WebGIS 是当前 GIS 技术热点，建设基于WebGIS 的灌区地理信息系统，是促进和推广 GIS 在水利部门中应用的有效方法[2]。为此甘肃省景泰川电力提灌管理局（以下简称景电管理局）建设了基于 WebGIS 的景电灌区地理信息系统。

1 WebGIS 的概念

GIS 是近年发展起来的对地理环境有关问题进行分析和研究的一种空间信息管理系统。它是在计算机硬件和软件支持下对空间信息进行存储、查询、分析和输出，并为用户提供决策支持的综合性技术。它利用计算机建立地理数据库，将地理环境的各种要素，包括它们的地理空间分布状况和所具有的属性数据，进行数字存贮，建立有效的数据管理系统。通过对多要素的综合分析，方便快速地获取信息，并以图形、数字和多媒体等方式表示结果。

WebGIS 采用分布式组件（DCOM、Java Bean），以 Web 技术为基础，使用 3 层体系结构，把各个子模块分为事务处理逻辑组件和前端用户界面。前端用户界面可以为 Web 页面，也可以为自定义的用户界面，而所有模块的事务处理逻辑组件均发布在事务处理服务器上。采用组件模型搭建系统降低了系统的开发难度和工作量，也为系统提供了良好的可扩展性和稳定性，当系统功能增加时只需要增加相应的功能组件，修改 1 个功能组件不需要对其它组件做大量的改动。在组件开发方式上，采用面向对象技术，以面向对象分析（OOA）和面向对象设计作为整个系统开发的基石，从而使系统的可扩展性、稳定性、良好的升级能力从最根本上得到保证。

2 灌区地理信息系统建设情况

甘肃省景泰川电力提灌工程，北倚腾格里沙漠，东临黄河，南靠长岭山。灌区横跨甘、蒙 2 省区，白银、武威、内蒙阿拉善盟 3 市（盟），景泰、古浪、民勤、左旗 4 县（旗）。景电工程是一项跨省区、跨流域、高扬程、高耗能、多梯级、大流量的大 Ⅱ 型水利电力提灌工程。

景电灌区提灌工程采取分期建设方式，一期工程于 1969 年开工建设，1974 年竣工；二期工程于 1984年开工建设，1999 年竣工；景电二期延伸民勤调水工程是一项利用景电二期工程的灌溉间隙和空闲容量向民勤调水，以缓解民勤水资源枯竭、生态环境恶化趋势的应急工程，1995 年开工建设，2000 年基本建成。

景电灌区目前已建成总干及干渠泵站 18 级（座），支渠泵站 12 座，共安装机组 203 台（套），建成总干渠及干渠 3 条，总干渠及干渠建筑物 375座，支渠 43 条，支渠渠道建筑物 2112 座，量水堰 782 座。有泵站 43 座，总装机 25.97 万 kW，控制灌溉面积 6.67 万 hm2。

经过 30 多年的运行管理，景电工程产生了显著的社会、经济和生态效益。解决了灌区 40 万人和 100 多万头牲畜的饮水，提高了灌区粮食和经济作物产量，增加了灌区林木覆盖率，阻止了腾格里沙漠的南侵，灌区小气候得到了改善。

随着现代科学和信息技术的不断发展，景电灌区水管理技术也在不断更新，逐步朝着自动化、信息化的方向发展。1995 年灌区建立了对等局域网，1996 年投入景电二期计算机监控系统，1998 年从美国引进 2 套太阳能控制闸门系统，又先后在 2001 年开始的中日技术合作项目安装了 19 套太阳能闸门自动控制系统和 GIS 系统，初步构建了灌区水管理信息化的平台。

2002 年，甘肃省景电灌区被列为全国大型灌区信息化建设试点灌区之一。在此环境下，景电灌区于2003 年建立景电一期泵站综合自动化系统，2004 年在原有的局域网基础上，实现了网内用户共享式 2 M 宽带访问国际互联网，2004 年图像监控系统投入运行。2005 年更新了一个以千兆为主干、百兆到桌面的高速局域网，在 C/S 和 B/S 模式下，实现集信息采集、传输和处理、生产调度、网络办公（包括行政事务、日常办公、文档管理、综合信息管理、个人事务、系统管理、人事管理、财务管理、水费管理、移动办公、视频会议等）为一体的景电灌区水管理信息系统，并使之覆盖包括基层 43 座泵站、8 个水管所在内的所有办公区域，逐步向少纸和无纸办公迈进。

“十五”期间，遥感（RS）、GIS、全球定位系统（GPS）、管理信息系统（MIS）等现代信息技术在灌区生产研发项目中的应用明显加快，灌区构建了基于网络环境 WebGIS 信息发布和研发平台，以及高性能支持并行计算的大型水利水电科学计算试验平台。基于 WebGIS 的信息传输、存贮、研究开发，已经成为景电管理局科研、生产、技术开发和管理的基础性支撑手段及工具。利用 GIS 在空间分析和空间数据管理中的优势，景电灌区建立了 WebGIS 的灌区地理信息系统。

景电灌区地理信息系统是以信息采集系统为基础，以高速安全可靠的计算机网络为手段，以 3S（GIS、GPS、RS）技术和决策支持系统为核心的现代化灌区管理系统。涉及土地、水利、设备等各个方面的大量动态信息，应用现代网络和系统集成技术，实现海量数据的传输。

3 灌区地理信息系统建设内容与原则

3.1 建设内容

景电灌区基础地理信息系统是软硬件系统的综合集成，是数据与开发的统一体现，是开发和管理的统一过程。具体建设内容如下：

（1）建立以 1：500 和 1：10000 地形图为核心的基础地理空间数据库；

（2）建立泵站机电设备、渠系（包括总干渠、干渠、支渠、斗渠）及其水工建筑物、工程道路、景电水利通信设备、电力线路、变电站等基础设施的专有图层空间数据库；

（3）建立基础设施的设计、建设、维修等档案资料的数据库，存贮图、文、表格等形式的资料；

（4）建立渠系和渠系建筑物分布图、灌区道路图、泵站分布图、灌区面积分布图、灌区变电站分布图、景电水利通信光缆布设图、灌区电网图等专题图；建立村庄、人口和林木分布及灌区三维图。

3.2 建设原则

景电灌区基础地理系统的建立，是为景电灌区现代信息化管理提供一整套标准的基础地理信息系统支撑平台和环境，为最终实现电子化无纸办公提供可靠的空间数据保证，因此，在建设中应当遵循以下原则：

（1）规范化。系统建设过程中，力求最大限度地与现有的有关国家标准、行业标准、地方标准保持一致，参考引用有关研究成果，数据标准应当遵循建设部、国家测绘局、建设厅等制定的有关标准，并做出必要补充。

（2）系统性。在信息分类、编码、分层、格式，数据监理、转换、入库、更新，数据管理与应用等方面制定系统的标准与技术方案，为数据生产、管理与应用的整个过程服务。

（3）开放性。景电灌区基础地理系统是面向今后的信息系统实现的，在信息分类、编码体系、数据库设计、功能框架等方面应充分考虑兼容性和可扩充性，形成开放的体系结构。

（4）适用性。系统建设中，应充分考虑到系统建设单位，景电灌区规划建设局的实际流程、技术基础，确保所制定的标准和技术方案的可行与适用。

4 灌区地理信息系统总体设计

系统的设计思想上以图（图形、图像）为基础，在灌区平面图上管理灌区内的各种信息，将空间数据和属性数据管理相结合，并借助其独有的空间分析功能和可视化的表达方式，提供各种辅助决策功能。

4.1 开发环境

本系统在 Windows XP 环境下开发，采用SuperMap 管理空间数据，选用 SQL Server 2000 Enterprise 作为数据库管理系统，统一管理空间与非空间数据。

4.2 系统设计

采用 B/S 和 C/S 相结合的模式，B/S：浏览器/服务器软件体系结构，主要用来实现信息共享发布；C/S：客户/服务器软件体系结构，主要用来实现系统内部的管理和维护，2 者有机地结合组成一个整体。根据需求，系统划分为查询、图形浏览、基础数据录入、统计分析、输出、系统维护等模块。

4.3 技术路线

在开发过程中，涉及的数据包括图形数据和相应的属性数据，为了整个系统数据处理的灵活性，在建库时采用 2 者分开设计的原则。

4.3.1 面向对象的系统分析和设计

系统分析与设计采用面向对象的方法，系统开发过程中应用统一软件过程 RUP 的方法进行计算机辅助系统分析、软件设计、开发和文档生成，确保系统设计与开发符合软件工程的规范，开发出规范化的，具有较高可移植性、可靠性的软件，提高系统开发的效率。

4.3.2 采用关系数据库管理空间数据

系统将采用关系数据库管理空间和属性数据，确保空间和非空间数据的一体化集成。SuperMap GIS 5 软件提供了对关系数据库访问的编程接口。

4.3.3 C/S 结构与 Internet/Intranet 技术

对于需要处理大量图形数据的应用，为了提高运行效率，将充分应用 C/S 结构，基于 3 层模型进行开发；对于数据查询和浏览应用，将尽最大可能地应用Internet/Intranet 技术，通过 Internet 发布空间和非空间信息，为将来全面过渡到 Internet/Intranet 模式奠定基础。

4.3.4 全组件式与 Internet GIS 技术应用

对于客户端软件的开发，采用 SuperMap GIS 5进行开发。GIS 的功能从数据输入、编辑、处理（建立拓扑关系）、查询显示、分析（拓扑迭加、网络分析、栅格分析、TIN）和制图输出全部封装成组件，可以根据用户需要，自由定制，其目标是使 SuperMap 成为 GIS 的 CPU，基于 GIS CPU 开发出各种 GIS 应用软件。在 SuperMap GIS 5 的基础上，利用 SuperMap IS .NET 实现空间数据的 Internet发布。SuperMap 支持的 GIS 数据可以根据应用的需要，稍作调整，便可由 Internet 网站中 SuperMap IS.NET 服务器发布。SuperMap IS .NET 能与 Microsoft的 IIS（Internet Information Server）或其它 Web 服务器集成，可以实现 GIS Web 服务器的群集，提高信息发布的效率。除了发布二维 GIS 数据，还可以通过 SuperMap 3D 组件发布三维 GIS 数据。SuperMap IS.NET 能够满足系统 GIS 数据的 Internet 发布要求。

4.3.5 XML技术的应用[3]

GIS 信息是空间数据与属性数据的结合，信息量大，位置分散，信息的存贮格式也多种多样，这就需要采用统一的表达方式来组织这些数据进行浏览器和服务器之间的信息交互，本系统采用 Microsoft 提供的 XML 相关组件，将有利于数据的共享与交换。

4.4 设计目标

灌区管理中用水管理是核心，一个灌区合理灌溉、科学用水、提高灌溉用水利用率的一切措施，均取决于准确、可靠、及时的灌溉用水管理信息系统，实现灌区信息的采集、处理、加工、存贮、传输、反馈等。景电工程主要有总干渠、支渠、斗渠道、泵站、水管所及其配套渠系建筑物，使它们及它们的相关信息清晰、准确地直观显示在计算机屏幕上，供决策者通过图形宏观地了解和把握灌区用水的总体情况，又能查询各种情况，充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用灌区管理的信息资源，包括信息的采集、传输、存贮和处理等，大大提高信息采集和加工的准确性及传输的时效性，做出及时、准确的反馈和预测，为灌区管理部门提供科学的决策依据和提高管理效率、降低管理成本，促进灌区实现科学管理和高效管理。

5 结语

将 GIS 技术引入灌区管理，实现地理信息与管理信息相结合，使灌区供/需水、工程分布等数据显示直观化，实现灌区和水管所及测控站信息的及时上报和共享，以及景电管理局各部门信息的输入、存贮、处理、综合分析、结果输出，极大地提高了管理效率。通过 WebGIS 技术，管理单位能够通过图形宏观地了解、把握灌区的总体情况；通过查询手段了解各种情况，管理部门的信息得到及时反馈，促进了灌区管理水平的现代化；使决策建立在及时、准确、可靠的信息基础之上，真正实现灌区水利信息资源共享，提升灌溉管理水平。

[1]刘德利，张亚双. 基于 MapX 的水资源信息查询系统的设计与开发[J]. 吉林水利，2006，(3)：5～7.

[2]沈翼军，郑铭，徐进，等. 基于 GIS 的水资源管理决策系统[J]. 排灌机械，2004，22 (2)：34～38.

[3]邓凯，蔺启忠，王菁. 基于 XML 的实时 WebGIS 优化模型的研究[J]. 计算机工程与设计，2003，(6)：4～7.